8_第八章故障诊断技术在石油装备中的应用

1第八章故障诊断技术在石油装备中的应用一、裂纹检测二、注水站监测与控制三、油井示功图检测四、钻井泵检测与寿命预测五、柴油机故障诊断六、管道泄漏检测2一、裂纹检测在机械构件或零部件的材质中，缺陷是难以避免的，但最危险的是出现裂纹缺陷。这种缺陷产生的原因很多，有的是热加工引起的，有的是焊接不良造成的。也有是经过长期运行后所产生的疲劳裂纹、蠕变裂纹。如果运行的机件上裂纹产生扩展，就会对设备安全和生产安全造成很大威胁甚至严重后果。3（l）表面检测裂纹技术1）渗透染色法——常用的简易方法清理机件表面—均匀喷洒渗透液—清洗液表面的混合液—喷洒显像液——识别2）荧光渗透法。在普通渗透液中加入荧光剂，用同样方式检查机件的孔隙和裂纹，在紫外线的照射下，在荧光渗透液渗入的裂纹、孔隙处显出强烈的黄绿色光辉，就能检出裂纹的所在。43）磁粉法利用磁粉的细粒，在进入由裂纹而引起的漏磁场时，就会被吸住留下。由于偏磁场比裂纹宽，故积聚的磁粉可用肉眼容易看出，以判断裂纹的存在。54）涡流检测法利用涡流裂纹探测器，当探测器通上交流电时，同时产生磁通和涡流。当探测器接触裂纹时，迫使涡流绕过裂纹而减弱了探测器线圈绕组内的电感量而取得电压上的变化，即在仪器刻度盘上显示出相应数值或发出报警声。6ACFM水下裂纹检测仪ACFM步行式信息收集器7（2）射线探测法在设备诊断中，常用易于穿透物质的X、γ射线，来检测物体材料内部的结构或缺陷。它的作用原理类似于人体X光健康检查。8（3）超声波探伤法此法是利用发射的高频超声波（1～10MHz），从探头射入到被检物体中，倘若内部有缺陷，则一部分入射的超声波在缺陷处被反射或衰减，然后经探头接收后再放大，由显示的波形来确定缺陷的部位及大小。9（4）声发射检测法当设备的某些部位的缺陷在外力或内应力作用下发生扩展时，由于能量释放会产生声波，并向四周传播，安放在被测表面上的传感器接收到这种信号，经放大和数据处理，来确定声源的位置，并判断缺陷的严重程度。在对锈蚀和裂纹十分敏感的许多设备中，这种方法得到广泛应用。10如钻杆探伤检测在l1＝3.1m及l2＝5.36m处安装两组传感器X=6.85m11二、注水站监测与控制注水站测控系统是泵站实现自动化最基础、最重要的组成部分，其可靠性和精度直接影响泵站的正常运行。整个测控系统对提高注水生产的效率起着非常重要的作用。它所完成的主要功能是对现场参数进行采集，并转换成4～20mA标准信号，送到显示仪表、控制仪表或计算机模拟量输入接口，通过对数据的处理记录、分析、比较，最终实现对注水泵的压力、流量的闭环调节，对注水泵的前置增压泵变频转速控制，实现设备及系统的自动保护功能。12PCP控制技术PCP（PumpControlPump)技术，即泵控泵技术。它是基于双泵的串联，通过对前置泵机组的变频仪表测控来控制注水泵的工作点，使其始终在高效区，从而使系统效率最高，达到节能的目的，也使系统运行参数可以进行智能调节。13PCP技术原理14三、油井示功图检测示功图井口示功图泵示功图抽油机检测15四、钻井泵检测与寿命预测检测项目：动力端主轴承连杆主轴承液力端阀体液力端活塞寿命预报：轴承主要方法为振动检测。16钻井泵检测布置17钻井泵检测与寿命预测软件18钻井泵检测与寿命预测软件19钻井泵检测与寿命预测软件20钻井泵检测与寿命预测——轴承试验台21五、柴油机故障诊断柴油机是往复式运动机械，和旋转式运动机械相比，故障诊断更加复杂。柴油机属于机械设备，有着机械设备故障诊断的共性。但和其它机械设备相比，既有旋转运动，也有往复运动；柴油机振源有转动件的不平衡惯性运动力，有往复运动件的惯性运动力，由运动件间的间隙造成的碰撞，也有阀与阀座间的工作时的相互碰撞，有弹簧造成的冲击力，更有燃烧所产生的爆发冲击。因而振动源多，运动部件多，工作复杂，通过对它的故障诊断技术的研究，可以对故障诊断的研究起更大的推动作用。221.测试仪器⑴数据采集系统包括各种放大电路和数采电路，共有电荷放大器电路，压力采集电路，脉冲采集电路，转速采集电路，电压采集电路等⑵便携式计算机⑶各类传感器加速度传感器光电传感器接近传感器压力传感器温度传感器232．软件系统⑴数据采集系统，控制硬件进行数据采集。⑵自动处理系统自动调用各种诊断方法、模型，对数据进行处理分析，提取故障特征。⑶故障推理系统，根据故障特征，对故障进行推理识别。⑷知识库开发系统，对知识库进行维护。⑸知识自学习系统，对诊断标准库、诊断知识库进行自适应修正。⑹管理、预测系统，对诊断结果进行管理、趋势分析。⑺诊断方法模型库，集成各种诊断方法、模型。⑻齿轮轴承诊断系统，对柴油机后面的减速箱进行诊断。⑼辅助工具库，可进行图形分析、采样数据文件的维护。243.诊断方法⑴无负载测功法，其基本原理是：使柴油机与传动系统脱开，加柴油机调速油门至最大，测量加速度值，在已知其转动惯量的情况下，便可求出柴油机的最大扭矩值，并由此推算柴油机输出功率。⑵单边包络频响函数缸压诊断法，该方法首先建立缸压信号与缸盖处振动响应之间的频响函数关系，由实测柴油机的缸盖振动信号通过频响函数反求缸内压力。由此来判断缸内的工作情况。25⑶燃烧振动的比特征诊断法，由于柴油机结构的复杂性和检测工况的不稳定性，使诊断过程中存在着一定的不确定性，为此提出将燃烧振动提纯法和单边包络频响函数缸压诊断法综合起来，利用两者的结果进行确诊，以解决诊断中的不确定性。⑷双通道喷油正时诊断法，该方法利用转速和振动两个信号，转速信号记录本缸爆发时刻的转速相位脉冲，振动信号记录缸盖上的振动。由两者的相对位置检查柴油机各缸的喷油正时。26⑸基于WVD分布的连续撞击信号的分离方法，该法用于分离在阀的关闭过程中的时域重迭的连续撞击响应信号，用于进一步研究阀的运动规律。⑹小波变换法，在柴油机故障诊断中小波变换用于柴油机爆发波形的判别，在转速、振动双通道信号中用于喷油正时的诊断。⑺柴油机总体性能评价和寿命预测，建立了总体评价和寿命预测的初步模型，并进行寿命预测的基本计算，其算法简单，但准确性和有效性有待于提高。27六、管道泄漏检测管道泄露1.油（水）管检漏可用声发射相关分析方法来探测地下油(水)管的破损地点。如图所示，由于从管道破损处发出的漏水声通过管子向左右传递。这时可在漏失管段的两端布置测点进行测定，然后通过互相关函数曲线，由最大延时和钢材传声的速度，算出裂纹位于两个检测点中心的方向和距离。也可用振动方法282.气管道泄露航空检测直升飞机安装传感器遥测。